1、引言
山東某廠生產(chǎn)化工產(chǎn)品的20G鋼鍋爐爐管為雙層結(jié)構(gòu),內(nèi)管外徑38mm,壁厚4mm,用于輸送液體化學工業(yè)物料,服役溫度為500~600℃,外管為煙道,服役溫度為850~920℃,經(jīng)8h/d使用la后在內(nèi)管拐處出現(xiàn)泄漏,使鍋爐無法正常工作。經(jīng)對失效管子的成分、顯微組織和腐蝕產(chǎn)物分析,找到了泄漏的原因并提出了解決辦法。
2、腐蝕失效后分析
2.1腐蝕產(chǎn)物分析
在管子泄漏部位切取試樣,發(fā)現(xiàn)直管子內(nèi)表面有較厚的氧化皮。圖l可見彎管處有數(shù)個直徑不同、深淺不一的點蝕坑,個別點蝕坑已穿透,在點蝕坑內(nèi)和穿透孔的位置有殘留腐蝕產(chǎn)物存在。用JXA-8800R型電子探針(EPA)對殘留腐蝕產(chǎn)物進行分析表明,含有氧、氯、硫、釩、鈉等元素,富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐,生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
![大型生物質(zhì)鍋爐](http://sxktls.com/uploads/120923/1-120923102346232.jpg)
![大型生物質(zhì)鍋爐 大型生物質(zhì)鍋爐](http://sxktls.com/uploads/120923/1-120923102346232.jpg)
![雜木生物質(zhì)顆粒燃料 雜木生物質(zhì)顆粒燃料](http://sxktls.com/uploads/120926/1-120926203642312.jpg)
2.2彎管成分分析
對未腐蝕和已腐蝕的20G鋼試樣,用砂輪去除氧化膜后,用DV-2型直讀光譜儀對其進行成分分析。表2數(shù)據(jù)表明,腐蝕試樣的錳、硫、磷的含量比未腐蝕鋼有所增加,碳略低。
2.3金相分析
在不同的穿孔部位縱、橫向取樣,用XJG05型光學顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)腐蝕坑表層為灰色氧化皮,其下有脫碳層。由圖2可見,表面組織為鐵索體+少量球狀珠光體,心部組織為鐵素體十球化的碳化物。
3、點蝕坑和孔洞產(chǎn)生的原因
由丁彎管內(nèi)表面在500~600℃、外表面在850—920℃K期服役,在表面形成鐵的氧化膜,其中Fe0中含有較多的陽離子空位以及Fe3q、Fe2 03氧化膜的致密度較低.所以氧化鐵為腐蝕介質(zhì)的吸附、停留、貯存、濃縮提供了條件。由于氧化膜與金屬基體膨脹系數(shù)和物相的差異,在頻繁加熱與冷卻條件下造成熱應(yīng)力和氧化膜的脫落,并導致氧化膜的裂紋及向縱深擴展,使腐蝕介質(zhì)可通過氧化膜直接對基體金屬產(chǎn)生腐蝕。此外,氧化鐵是缺位的固溶體,在含有氧化劑、鹵素離子、OH等腐蝕介質(zhì)中,特別是在含有Cl-離子介質(zhì)的溶液中對氧化膜的破壞作用較為突出,其破壞形式首先從點蝕開始。主要原因是cr離子優(yōu)先地、有選擇性地吸附在氧化膜晶格的空位上,這時CI-離子就會擊穿氧化鐵膜形成點蝕核,直至穿透氧化膜,在基體上形成孔蝕源。由于金屬表面非金屬夾雜物、第二相析出、晶界的大小、缺陷、表面粗糙程度等的不均勻性使錳、硫、磷等元素在高溫壓力下不均勻地滲入到金屬基體的表層,形成硫化物質(zhì)點,很容易被不濃的強酸溶解。由于硫化物經(jīng)常形成包圍氧化物質(zhì)點的外殼,所以這些外殼一旦溶解,即形成了孔洞也即孔蝕源。因孔內(nèi)金屬處于較高的電極電位,隨后發(fā)生硫化錳的溶解、鐵的溶解和水解生成氫氧化鐵和氫離子等,降低了孔內(nèi)溶液層的pH值,使孔內(nèi)的溶液酸性增強,加速孔內(nèi)鐵的溶解,在氣流的沖擊和交變熱應(yīng)力的作用下,孔內(nèi)溶解的產(chǎn)物不斷脫落。之后,物料中的錳、硫、磷繼續(xù)向基體表面滲入,形成硫化物質(zhì)點,鐵的氧化溶解水解等繼續(xù)進行,如此反復多次最后造成彎管破裂。
4、改進措施和建議
(1)為了提高鍋爐彎管在高溫、沖刷、腐蝕下使用壽命,應(yīng)選用鉻鎳奧氏體不銹鋼,如OCrl8Ni9Ti、lCr18Ni9T1、OCr25N120等。
(2)在管子使用前,對管子內(nèi)表面進行鍍鎳提高管子表面的電極電位,避免因管子表面粗糙堆積物料中的沉積物和氧化鐵,使耐蝕性差,提高管子表面防垢和防腐能力。
(3)減少彎管數(shù)量和加大彎管的半徑,避免管子在拐彎處受到物料的直接沖刷或彎管改成可拆卸的結(jié)構(gòu),以便定期清洗修復;